(57)【要約】      （修正有）【課題】薄膜型電子源のダイオード電流及びエミッション効率の劣化を改善させることにより、輝度低下を改善させた画像表示装置の駆動方法を提供する。【解決手段】薄膜型電子源ＥＬＳは下部電極である画像信号配線ｄと電子加速層であるトンネル絶縁層ＴＡＯと上部電極である接続電極ＥＬＣとの積層構造からなるＭＩＭダイオードを構成する。接続電極ＥＬＣと画像信号配線ｄとの間に反転パルス電圧が印加され、接続電極ＥＬＣの表面から電子が放出される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の金属電極の間に絶縁層が挟持された電極構造を有する電子源をマトリクス状に配列された背面パネルと、
前記背面基板に対向して蛍光体及び加速電極が形成された前面パネルと、
を備えた画像表示装置の駆動方法において、
前記加速電極をオフ電圧とし、前記電子源をオン電圧とする電圧を印加することを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
【請求項２】
前記電子源は、下部電極と上部電極及び前記下部電極と前記上部電極の間に挟持される電子加速層を有し、前記下部電極と前記上部電極との間に電圧を印加することで該上部電極より電子を放出する薄膜型電子源であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置の駆動方法。
【請求項３】
前記下部電極は、画像信号配線であることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置の駆動方法。
【請求項４】
前記上部配線は前記走査信号配線に接続された接続電極であることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置の駆動方法。
【請求項５】
背面パネルと前面パネルとが所定間隔をもって対向する内部空間を所定の真空状態に保持する表示パネルで構成した画像表示装置の駆動方法において、
前記背面パネルは、一方向に延在し該一方向と直交する他方向に並設されて前記他方向に走査信号が順次印加される複数の走査信号配線と、前記他方向に延在し前記走査信号配線に交差する如く前記一方向に並設された複数の画像信号配線と、前記走査信号配線と前記画像信号配線に接続した薄膜電子源とを形成した背面基板を有し、
前記前面パネルは、蛍光体層と、前記電子源から放出される電子を前記蛍光体層に指向する如く加速するための加速電極とを形成した前面基板を有し、
前記加速電極を駆動させない状態で前記電子源を駆動させることを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属−絶縁体−金属または金属−絶縁体−半導体の３層構造を有し、真空中に電子を放出する薄膜型電子源を用いた画像表示装置の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
互いに直交する電極群の各交点に冷陰極を形成した冷陰極アレイを用いた表示装置として例えばフィールド・エミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）が知られている。ＦＥＤは、各画素に多数の電界放出陰極を配置し、この電界放出陰極からの電界放出電子を真空中で加速した後に蛍光体に照射し、発光させるものである。
【０００３】
これに対して薄膜型電子源とは、上部電極−絶縁層−下部電極の３層構造の薄膜の上部電極と下部電極との間に上部電極が正電圧となる電圧を印加して上部電極の表面から真空中に電子を放出させるものである。また、この種の薄膜型電子源としては、上部電極及び下部電極に金属を用いたＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）型電子源や少なくとも一方の電極に半導体を用いたＭＩＳ（金属−絶縁体−半導体）型電子源などがある。
【０００４】
その他の薄膜型電子源として、絶縁層の代わりに絶縁体と半導体との積層体を用いた構造、すなわち、全体で上部電極−絶縁層−半導体層−下部電極の４層構造がある。さらには、絶縁層の代わりに例えばポーラスシリコンなどの多孔質半導体を用いた構造もある。
【０００５】
これらの薄膜型電子源では、すべての絶縁層または絶縁層の代わりをする層に高電界を印加することにより、ホットエレクトロンを生成させ、それを上部電極の表面から放出する原理により、動作させている。したがって、後述するように絶縁層または絶縁層の代わりをする層の中に電荷が蓄積し易いという性質を有している。
【０００６】
ＦＥＤに用いる電界放出陰極と比べると、薄膜型電子源は、表面汚染に強く、動作電圧が低いなど、表示装置に好ましい特性を有している。また、この薄膜型電子源は、素子構造が単純なため、微細加工が容易であり、例えば、電子線露光装置などの電子線応用機器の電子源としても好ましい特性を有している。しかし、従来の薄膜型電子源は、動作寿命が短いという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような短寿命化の問題を解決したものとしては、薄膜電子源に極性を反転させた電圧を印加することによって動作寿命を向上させた駆動方法が下記特許文献１に開示されている。すなわち、薄膜電子源の上部電極に下部電極に対して正の電圧を印加したとき（以下、正極性と呼ぶ）に上部電極から真空中に電子が放出される。上部電極に下部電極に対して負の電圧（負極性）を印加すると、絶縁層中の不純物準位、欠陥準位へのトラップ電子の蓄積を防ぐことができ、これによって薄膜型電子源の長寿命化を達成させている。
【０００８】
しかしながら、このような駆動方法によると、各電子源には常に同じ極性の電圧が印加されることから、薄膜電子源の絶縁層内に電荷が蓄積され、素子特性が劣化するという課題があった。
【０００９】
このような課題を解決したものとしては、薄膜電子源に負極性パルス電圧を印加することによって薄膜電子源マトリクスの動作寿命を改善させた駆動方法が下記特許文献２に開示されている。
【００１０】
このような駆動方法によると、絶縁層内に蓄積された電荷は、負極性パルス電圧を印加することにより抜いている。このとき、常に定電圧の負極性パルスを印加しているので、表示している画像の影響などにより、相対的に負極性パルス電圧が高すぎる方向にシフトすると、正極性パルス電圧時の電子伝導に代わり、イオン伝導が生じてしまう。この結果、絶縁層中に金属の導通経路が形成されてしまい、走査信号配線と画像信号配線との間で短絡が生じ、画像表示ができなくなってしまうという課題があった。
【００１１】
【特許文献１】特開平７−２２６１４６号公報
【特許文献２】特開平１１−９５７１６号公報
【００１２】
要補充
したがって、本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、薄膜型電子源のダイオード電流及びエミッション効率の劣化を改善させることにより、輝度低下を改善させた画像表示装置の駆動方法を提供することにある。
【００１３】
このような目的を達成するために本発明による画像表示装置の駆動方法は、加速電極を電源オフとし、電子源の全てを電源オンとしたときに一対の金属電極間に反転パルス電圧を印加することを特徴とすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電子源のダイオード電流及びエミッション効率の劣化がなくなるので、長時間の駆動による輝度低下の少ない画像表示装置が実現可能となるという極めて優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明による画像表示装置の駆動方法の実施例を説明する画像表示装置の構成を説明する模式平面図である。図１において、背面パネルを構成する背面基板ＳＵＢ１の内面上には画像信号配線ｄ（ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・ｄｎ）が形成され、その上に絶縁膜（図示しない）を介して走査信号配線ｓ（ｓ１，ｓ２，ｓ３，・・・ｓｍ）が交差して形成されている。図１では、走査信号配線ｓ１の上にセラミックス材またはガラス材の成型体等により形成された隔壁（スペーサとも称する）ＳＰＣを有し、この隔壁ＳＰＣに対し垂直走査方向ＶＳの下流側に薄膜電子源ＥＬＳが設けられ、給電電極である接続電極ＥＬＣで走査信号配線ｓ（ｓ１，ｓ２，ｓ３，・・・ｓｍ）から給電される構造となっている。
【００１７】
また、前面パネルを構成する前面基板ＳＵＢ２の内面上には、陽極電極ＡＤが設けられている。また、前面パネルには蛍光体層ＰＨ（ＰＨ（Ｒ）、ＰＨ（Ｇ）、ＰＨ（Ｂ））が形成されている。蛍光体ＰＨ（ＰＨ（Ｒ）、ＰＨ（Ｇ）、ＰＨ（Ｂ））が遮光層（ブラックマトリクス）ＢＭで区画されている。なお、陽極電極ＡＤはベタ電極（面状電極）として示されてあるが、走査信号配線ｓ（ｓ１，ｓ２，ｓ３，・・・ｓｍ）と交差して画素列ごとに分割されたストライプ状電極とすることもできる。薄膜電子源ＥＬＳから放射される電子を加速して対応する副画素を構成する蛍光体層ＰＨ（ＰＨ（Ｒ）、ＰＨ（Ｇ）、ＰＨ（Ｂ））に射突させる。これにより、該蛍光体層ＰＨが所定の色光で発光し、他の副画素の蛍光体の発光色と混合されて所定の色のカラー画素を形成する。
【００１８】
図２は、図１に示す画像表示装置の背面パネルの構成を示す模式図である。図２において、図１の背面基板ＳＵＢ１には、複数の画像信号配線ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・ｄｎがｙ方向に延在し、ｘ方向に並設されている。そして、この画像信号配線ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・ｄｎと交差させて複数の走査信号配線ｓ１，ｓ２，ｓ３，・・・ｓｍがｘ方向に延在し、ｙ方向に並設されている。
【００１９】
また、各走査信号配線ｓ１，ｓ２，ｓ３，・・・ｓｍに対して１行の薄膜電子源ＥＬＳが接続される。選択された走査信号配線に接続する薄膜電子源ＥＬＳに画像信号配線から画像信号が印加される。各走査信号配線ｓ１，ｓ２，ｓ３，・・・ｓｍへの走査信号は走査信号線駆動回路（走査ドライバ）ＳＤＲから供給され、各画像信号配線ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・ｄｎへの画像信号は画像信号線駆動回路（データドライバ）ＤＤＲから供給される。走査信号配線は垂直走査方向に順次選択される。
【００２０】
走査信号配線ｓ２の上には、その延在方向（ｘ方向）に長い隔壁ＳＰＣが設置されている。隔壁ＳＰＣは全ての走査信号配線の上に設置することも考えられるが、実際には複数の走査信号配線ごとに設置される。また、この隔壁ＳＰＣは走査信号配線に沿って一つでなく、幾つかに分割して設置するのが製造の容易性から好ましい。図２では、隔壁ＳＰＣは走査信号配線ｓ２の上に２分割して設置されているものとして示した。
【００２１】
図３は、走査信号配線に供給される垂直走査信号のタイミングを説明する図である。垂直走査信号は、走査信号配線ｓ１，ｓ２，ｓ３，・・・ｓｍに対して図２の走査方向ＶＳに順次印加され、１フレーム期間内に一巡する。１フレーム期間内に少なくとも１回各走査信号配線に走査パルスＳＰと逆極性のパルスＲＳＰが追加されている。また、１フレーム期間内に少なくとも１回各画像信号配線にデータパルスＤＰと逆極性のパルスＲＤＰを印加してもよい。走査信号配線と画像信号配線の何れか一方または両方にそれぞれの逆極性のパルスＲＳＰ，ＲＤＰを印加する。
【００２２】
図４は、図２のｙ方向で切断した要部断面図ある。図４において、背面パネルＰＮＬ１の内側面には、画像信号配線ｄ（ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・ｄｎ）が形成され、その上に絶縁膜（図示しない）を介して走査信号配線ｓ（ｓ１，ｓ２，ｓ３，・・・ｓｍ）が交差して形成されている。図４では、走査信号配線ｓ２の上に隔壁ＳＰＣが設置され、この隔壁ＳＰＣに対し垂直走査方向ＶＳの上流側に薄膜電子源ＥＬＳ１が設けられている。また、垂直走査方向ＶＳの下流側に薄膜電子源ＥＬＳ２が設けられ、薄膜電子源ＥＬＳは上部電極ＥＬＣと絶縁層ＴＡＯと下部電極とで構成されている。
【００２３】
また、前面パネルＰＮＬ２の内側面には、陽極電極ＡＤが設けられており、電子源ＥＬＳ（ＥＬＳ１，ＥＬＳ２，ＥＬＳ３，・・・）から放射される電子ｅ-を加速して対応する蛍光体層ＰＨ（ＰＨ１，ＰＨ２，ＰＨ３・・・）に射突させる。これにより、該蛍光体層ＰＨ（ＰＨ１，ＰＨ２，ＰＨ３・・・）が所定の色光で発光し、他の副画素の蛍光体の発光色と混合されて所定の色のカラー画素を構成する。本実施例では、接続電極が上部電極を兼ね画像信号配線ｄが下部電極を兼ねている。
【００２４】
図５は、図４に示した薄膜電子源ＥＬＳ（ＥＬＳ１，ＥＬＳ２，ＥＬＳ３）の構成を説明する要部拡大断面図である。この薄膜電子源ＥＬＳは、図５に示すように下部電極である画像信号配線ｄと電子加速層であるトンネル絶縁層ＴＡＯと上部電極である接続電極ＥＬＣとの積層構造からなるＭＩＭダイオードである。そして、画像信号配線ｄと接続電極ＥＬＣとの間に駆動電圧を印加することで接続電極ＥＬＣの表面から電子が放出される。
【００２５】
この薄膜電子源ＥＬＳは、次のように形成される。先ず絶縁性の背面基板ＳＵＢ１上に画像信号配線ｄとしてアルミニウム（Ａｌ）を例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法により約１５ｎｍの厚さに形成する。次にこのＡｌ膜の表面を陽極酸化し、トンネル絶縁層ＡＴＯを形成する。次にこのトンネル絶縁層ＡＴＯ上に金を例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法または蒸着法により約５ｎｍ程度の厚さに成膜して接続電極ＥＬＣを形成する。
【００２６】
このように形成されたＭＩＭダイオードは、図６に示すようなＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性を示す。エミッション電流を得るためには、図７（ａ）に示すように接続電極ＥＬＣに電源Ｐより閾値電圧Ｖth以下の一定電圧の正パルスＶpを、画像信号配線ｄには図７（ｂ）に示すような所望の輝度に対応した電圧の負パルスＶnをそれぞれ印加する。
【００２７】
これによってトンネル絶縁膜ＴＡＯにトンネル電流Ｉdが流れ、このトンネル電流Ｉdのうちの一部がエミッション電流Ｉeとして図４に示す陽極電極ＡＤに到達する。このとき、エミッション効率η＝Ｉe/Ｉdにて定義される。また、同時に図８に示すように電界によりトンネル電子ｅ-が移動し、トンネル絶縁膜ＴＡＯを誘電体としたＭＩＭコンデンサへの充電が行われる。
【００２８】
トンネル絶縁膜ＴＡＯに蓄積された電荷は、図９に示すように印加電圧による内部電界Ｅ１をキャンセルする方向に作用する電界Ｅ２が発生する。この結果、閾値電圧Ｖthの変動が生じてＩ−Ｖ特性が変化してしていまい、ダイオード電流及びエミッション効率の劣化が生じてしまう。
【００２９】
これを防ぐためには、駆動させた薄膜電子源に対して充電された電荷を放電するように逆バイアス電圧を印加することが有効となる。しかし、画像信号配線ｄに負パルスＶnを印加すると、非駆動セルに対して逆バイアス電圧を印加することになってしまう。すなわち、充電されていない薄膜電子源に対して電圧を印加してしまう。
【００３０】
正バイアス電圧を印加している際にトンネル絶縁膜ＴＡＯ中を動く電荷は電子であるが、逆バイアス電圧を印加した場合には、イオンが動くことになる。結果として、接続電極ＥＬＣから画像信号配線ｄに向かって延びる金属フィラメント（導通経路）が形成され、接続電極ＥＬＣと画像信号配線ｄの間で短絡が生じてしまう。
【００３１】
この逆バイアス電圧の印加によって生じた金属フィラメントによる短絡は、高い正バイアス電圧を印加すると、流入電流によって焼き切れるので、本来の絶縁状態を回復することが可能となる。
【００３２】
したがって、逆バイアス電圧による短絡対策としては、定期的にセルを全面駆動すればよい。すなわち、パネルを白色点灯させることが有効である。しかし、全面点灯は、本来表示すべき画像ではないので、陽極電極ＡＤに高電圧が印加されていない状態で、セルのみを全面駆動すればよい。
【００３３】
すなわち、
(1)一定時間毎に高電圧を０Ｖとしてセルを全面駆動させるフレームを作る。
(2)電源オン時、高電圧を印加する前に高電圧を０Ｖとしてセルを全面点灯させるフレーム    を作る。
(3)電源オフ時、高電圧を落とした後に高電圧を０Ｖとしてセルを全面点灯させるフレーム    を作る。
などの駆動を行う正バイアス電圧供給手段を設けて逆バイアス電圧による短絡を対策すれば良い。
【００３４】
このような駆動方法によれば、正バイアス電圧を印加することにより、イオン伝導による短絡経路の成長を防ぐことができる。また、短絡経路が成立した場合でも、正バイアスの電流を印加することにより、短絡部を焼き切り、修復することが可能となる。
【００３５】
図１０は、前面パネルの内側に配置される面の正面図であり、図１１は図１０のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。前面基板ＳＵＢ２には陽極電極ＡＤが形成されている。陽極電極ＡＤは背面パネルに画像信号配線と平行に短冊形に形成されている。陽極電極に印加される陽極電圧を、分割して形成された陽極電極毎に制御してもよい。陽極電極毎に電圧を制御することで、各陽極電極に対向する電子源素子毎に金属フィラメントによる短絡部を切断できる。
【００３６】
このような構成によれば、全ての電子源を一斉に駆動させる必要がない。すなわち、画素を発光させることなく、必要な電子源のみを駆動して短絡部を切断できる。また、分割された陽極電極毎に陽極電圧を制御することで異常放電を制御できる。陽極電極は夫々電気的に接続されていても良い。この場合、分割された陽極電極を個別に制御することはできないが、陽極電極が分割されているので、静電容量を減らすことができる。
【００３７】
図１２は、前面パネルの陽極電極を形成した面の他の例の正面図である。陽極電極ＡＤは背面パネルの走査信号配線と平行に短冊形に形成されている。陽極電極ＡＤに印加される陽極電圧を、分割して形成された陽極電極毎に制御してもよい。陽極電極毎に電圧を印加することで、各陽極電極に対向する電子源素子毎に金属フィラメントによる短絡部を切断できる。
【００３８】
このような構成によれば、全ての電子源を一斉に駆動させる必要がない。すなわち、画素を発光させることなく、必要な電子源のみを駆動して短絡部を切断できる。陽極電極ＡＤが走査信号配線に沿って延びているので、陽極電極ＡＤの制御が容易である。垂直走査期間は水平走査期間よりも長いので、供給電圧の切替えが容易である。また、陽極電極ＡＤが分割されているので、静電容量を減らすことができる。また、分割された陽極電極毎に陽極電圧を制御することで異常放電を制御できる。
【００３９】
金属フィラメントを切断するための駆動において、絶縁層を挟んで配置した第１の電極と第２の電極とには、電子放出する時と同じ電圧が印加される。より好ましくは、電子放出素子は蛍光面がピーク輝度を発するときと同じ駆動をする。しかしながら、電子放出素子を駆動しても陽極電極に陽極電圧を供給していないので、蛍光体は発光しない。
【００４０】
金属フィラメントを切断するための駆動において、陽極電極に印加される電圧は必ずしも０Ｖである必要はない。本実施例における陽極電極に印加されるオフ電圧は、電子を蛍光体に衝突させて発光させない程度の電圧であれば問題ない。
【００４１】
なお、実施例１では、薄膜型電子源としてＭＩＭ型構造について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述した各種の薄膜型電子源を用いた画像表示装置に対しても同様に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による画像表示装置の駆動方法の実施例１を説明するための画像表示装置の構成を説明する模式平面図である。
【図２】図１の背面パネルの構成を示す模式図である。
【図３】走査信号配線に供給される垂直走査信号のタイミングを説明する図である。
【図４】図２のｙ方向で切断して薄膜型電子源の構造を示す要部断面図である。
【図５】図４の薄膜型電子源の詳細な構成を模式的に示す要部拡大断面図である。
【図６】ＭＩＭダイオードの電流−電圧特性を示す図である。
【図７】図４の薄膜型電子源に印加されるパルス電圧波形を示す図であり、図７（ａ）は走査信号配線側の正パルス波形、図７（ｂ）は信号配線側の負パルス波形である。
【図８】薄膜型電子源のトンネル絶縁膜に蓄積された電荷の状態を示す模式断面図である。
【図９】薄膜型電子源のトンネル絶縁膜に蓄積された電荷の状態を示す模式断面図である。
【図１０】前面パネルの内側に配置される面の正面図である。
【図１１】図１０のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１２】前面パネルの陽極電極を形成した面の他の例の正面図である。
【符号の説明】
【００４３】
ＳＵＢ１・・・背面基板、ＳＵＢ２・・・前面基板、ｓ（ｓ１，ｓ２，・・・ｓｍ，ｓ１１，ｓ１２，・・・ｓ１ｍ，ｓ２１，ｓ２２，・・・ｓ２ｍ）・・・走査信号配線、ｄ（ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・ｄｎ）・・・画像信号配線、ＥＬＳ・・・電子源、ＥＬＣ・・・接続電極、ＴＡＯ・・・トンネル絶縁膜、ＡＤ・・・陽極電極、ＢＭ・・・ブラックマトリクス、ＰＨ（ＰＨ（Ｒ），ＰＨ（Ｇ），ＰＨ（Ｂ））・・・蛍光体層、ＳＤＲ・・・走査信号線駆動回路、ＤＤＲ・・・画像信号線駆動回路、ＡＲ・・・画像表示領域、ＳＰＣ・・・隔壁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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